Mở ra cánh cửa sản xuất hàng loạt hydro xanh bằng ánh sáng mặt trời tự nhiên
của Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quốc gia
Hệ thống quang điện cực lớn do nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Jihye Lee đứng đầu tại Trung tâm Nghiên cứu Quang khắc Nano phát triển. Nguồn: Viện Máy móc và Vật liệu Hàn Quốc (KIMM)
Viện Máy móc và Vật liệu Hàn Quốc (KIMM), trực thuộc Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quốc gia, đã phát triển một công nghệ tạo ra dòng điện quang cao ổn định dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên để sản xuất hydro hiệu quả.
Bằng cách đơn giản hóa các quy trình nhiều bước phức tạp trước đây, tiến bộ này giúp giảm đáng kể thời gian chế tạo và dự kiến sẽ đẩy nhanh quá trình thương mại hóa các công nghệ sản xuất hydro bằng năng lượng mặt trời.
Nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Jihye Lee, một nhà nghiên cứu chính và là người đứng đầu Trung tâm Nghiên cứu Quang khắc Nano & Sản xuất tại Bộ phận Nghiên cứu Sản xuất hội tụ Nano của KIMM, đứng đầu đã phát triển một kỹ thuật để nâng cao năng suất của quang điện cực BiVO4 (bismuth vanadat), do đó tối đa hóa sản lượng hydro.
Kết quả đã được công bố trên Tạp chí Hóa học Vật liệu A
BiVO4 là một oxit kim loại được công nhận là vật liệu chính cho các hệ thống phân tách nước bằng năng lượng mặt trời do khả năng hấp thụ ánh sáng cao và hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hydro (STH).
Trước đây, các dung dịch tiền chất BiVO4 chỉ có thể được chuẩn bị ở nồng độ lên đến 100 mM. Hạn chế này đòi hỏi phải lặp lại hơn tám bước tráng quay và xử lý nhiệt để tạo thành màng mỏng hiệu suất cao, làm chậm đáng kể quá trình này và tăng mức tiêu thụ vật liệu, dẫn đến năng suất thấp.
Một thí nghiệm đang được tiến hành để tăng hiệu quả tạo ra hydro bằng cách sử dụng pin mặt trời dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên. Nguồn: Viện Máy móc và Vật liệu Hàn Quốc (KIMM)
Nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Jihye Lee, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Nano Lithography tại KIMM, dẫn đầu đã trình diễn thành công hệ thống quang điện cực lớn 576 cm² sử dụng công nghệ dung dịch tiền chất BiVO₄ (bismuth vanadate) nồng độ cao (Từ trái sang phải trong ảnh: Tiến sĩ Jihye Lee, Nghiên cứu sinh Hoyoung Lee). Nguồn: Viện Máy móc và Vật liệu Hàn Quốc (KIMM)
Để khắc phục những hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã phát triển dung dịch tiền chất BiVO4 nồng độ cao bằng cách trộn tối ưu acetylacetone, axit axetic và dimethyl sulfoxide (DMSO). Với dung dịch mới này, chỉ cần phủ quay một bước là đủ để tạo ra màng mỏng BiVO4 đồng nhất và hiệu suất cao, cải thiện năng suất tổng thể khoảng 5,9 lần so với các phương pháp thông thường.
Hơn nữa, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một quang điện cực diện tích lớn 144 cm2 và kết nối bốn trong số chúng để tạo ra một hệ thống điện cực cực lớn 576 cm2.
Đáng chú ý, bằng cách liên kết hệ thống này song song với các tế bào quang điện Si, họ đã thành công trong việc sản xuất hydro chỉ bằng ánh sáng mặt trời tự nhiên, không cần bất kỳ nguồn điện bên ngoài nào. Hệ thống này tạo ra dòng điện quang ổn định và cao ngay cả dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên, do đó cải thiện đáng kể khả năng kinh tế và hiệu quả sản xuất hydro thân thiện với môi trường và tăng cường triển vọng thương mại hóa.
Tiến sĩ Jihye Lee tuyên bố, "Nghiên cứu này đại diện cho một bước đột phá trong hiệu quả chế tạo và năng suất của quang điện cực diện tích lớn thông qua việc phát triển một giải pháp tiền chất BiVO4 nồng độ cao. Chúng tôi hy vọng nó sẽ góp phần đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang năng lượng bền vững và thương mại hóa sản xuất hydro xanh".
Nhóm nghiên cứu đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế trong nước và PCT (Hiệp ước hợp tác bằng sáng chế) dựa trên công nghệ này.
Thông tin thêm: Hoyoung Lee và cộng sự, Đột phá trong quy trình chế tạo quang anode diện tích lớn: dung dịch tiền chất nồng độ cao với hỗn hợp dung môi và lớp phủ quay một bước để có hiệu suất PEC cao của BiVO4, Tạp chí Hóa học Vật liệu A (2024). DOI: 10.1039/D4TA03349C
Thông tin tạp chí: Tạp chí Hóa học Vật liệu A
Do Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quốc gia cung cấp
